Многорядный радиально-поршневой гидромотор
Изобретение предназначено для использования в различных отраслях техники, где требуется создание безредукторного гидравлического вращательного привода, рассчитанного на большие крутящие моменты и низкие скорости вращения. Гидромотор содержит неподвижный корпус (1) с профилированной направляющей в виде замкнутой канавки (6) и установленные снаружи корпуса в два ряда блоки цилиндров (3). Блоки цилиндров установлены соосно с возможностью вращения в противоположные стороны относительно корпуса. Шток каждого поршня (7) выполнен в виде траверсы (9), на конце которой установлен каток, взаимодействующий с канавкой (6). Цилиндры (3) в поршневой полости снабжены окнами (8) сброса жидкости, а штоковая полость цилиндров посредством клапанов подачи жидкости связана с нагнетающей магистралью. Блоки цилиндров связаны между собой и с выходным валом посредством зубчатого механизма. В штоковой полости каждого цилиндра установлен атмосферный клапан. Каждый цилиндр снабжен криволинейным патрубком (19) для направления сбрасываемой жидкости в направлении, противоположном направлению вращения этого цилиндра. Под давлением жидкости поршни (7) перемещаются в направлении от центра вращения и тянут траверсы (9), которые посредством катков (11) воздействуют на стенки канавки (6), в результате чего блок цилиндров приводится во вращение. На жидкость действует центробежная сила, способствующая увеличению давления на поршни. Обладает повышенной эффективностью, может использоваться в более широком диапазоне давлений рабочей жидкости и, кроме того, менее требователен к условиям производства, эксплуатации и ремонта. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в различных отраслях техники, где требуется создание безредукторного гидравлического вращательного привода, рассчитанного на большие крутящие моменты и низкие скорости вращения.
Известен радиально-поршневой гидромотор по патенту GB 1272013, содержащий неподвижный корпус с профилированной направляющей; блок цилиндров, установленный с возможностью вращения относительно корпуса, поршни, установленные в цилиндрах блока цилиндров; траверсы, размещенные в прямолинейных направляющих блока цилиндров, каждая из которых одним концом соединена с соответствующим поршнем, а другим контактирует с профилированной направляющей посредством стального шарика.
Известен радиально-поршневой гидромотор по патенту RU 2022160, в котором поршни в отличие от гидромотора по патенту GB 1272013 установлены в два ряда в цилиндрах блока цилиндров.
При работе известных гидромоторов осуществляется следующий рабочий цикл. Жидкость под давлением поступает в подпоршневое пространство, доводит поршень до верхней мертвой точки, далее канал подачи жидкости перекрывается и открывается канал отвода жидкости из подпоршневого пространства. Поршень движется по направлению к центру, преодолевая сопротивление выталкиваемой в сливной канал жидкости. При этом поршню приходится дополнительно преодолевать центробежную силу, действующую на выталкиваемую жидкость.
Рабочая жидкость в указанных гидромоторах подается и отводится по специальным каналам. Диаметр этих каналов невелик и ограничен конструктивно. Это накладывает определенные требования к рабочей жидкости, которая должна подаваться под высоким давлением (порядка 200 атм).
Задачей настоящего изобретения является создание многорядного радиально-поршневого гидромотора, который мог бы использоваться в более широком диапазоне давлений рабочей жидкости и, кроме того, обладал бы большей эффективностью, а также был бы менее требователен к условиям производства, эксплуатации и ремонта.
Указанная задача решается за счет того, что в многорядном радиально-поршневом гидромоторе, содержащем неподвижный корпус с профилированной направляющей, блок цилиндров, установленный с возможностью вращения относительно корпуса, поршни, установленные в два ряда в цилиндрах блока цилиндров; траверсы, размещенные в прямолинейных направляющих блока цилиндров, каждая из которых одним концом связана с соответствующим поршнем, а другим - с опорным катком, контактирующим с профилированной направляющей, блок цилиндров расположен снаружи неподвижного корпуса и разделен на две части, в каждой из которых установлены поршни одного ряда, корпус снабжен второй профилированной направляющей, каждая из которых выполнена в виде замкнутой канавки на плоскости корпуса, перпендикулярной оси вращения блоков цилиндров, а опорные катки расположены в этих канавках, причем траверсы поршней одного ряда посредством опорных катков контактируют с одной профилированной направляющей, а траверсы поршней другого ряда - с другой профилированной направляющей, при этом цилиндры в поршневой полости снабжены окнами сброса жидкости, а штоковая полость цилиндров посредством клапанов подачи жидкости связана с нагнетающей магистралью, части блока цилиндров установлены соосно с возможностью вращения в разные стороны и связаны между собой и с выходным валом посредством зубчатого механизма.
Расположение цилиндров снаружи неподвижного корпуса, подача рабочей жидкости в штоковые полости цилиндров и наличие окон сброса в поршневых полостях цилиндров позволяют использовать действующую на жидкость центробежную силу как для увеличения ее давления на поршни при рабочем ходе, так и для облегчения сброса жидкости после завершения рабочего хода.
При этом в штоковой полости каждого цилиндра может быть установлен атмосферный клапан для устранения разряжения в цилиндре при сбросе жидкости, а также для исключения обратного воздействия жидкости на поршень в случае, если клапан подачи жидкости перекрывает ее подачу до того, как поршни дойдут до окон сброса.
Каждый цилиндр может быть снабжен криволинейным патрубком для направления сбрасываемой жидкости в направлении, противоположном направлению вращения этого цилиндра, что позволит использовать энергию сбрасываемой жидкости для увеличения крутящего момента, создаваемого двигателем.
Кроме того, для облегчения сброса жидкости из цилиндров каждый поршень может быть выполнен с отверстиями и снабжен клапаном сброса жидкости, который соединен с тягой, телескопически установленной относительно траверсы и взаимодействующей с кулачком, расположенным на неподвижном корпусе.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен многорядный радиально-поршневой гидромотор с частичным разрезом, вид сбоку;
на фиг.2 изображен в увеличенном масштабе фрагмент гидромотора в разрезе, вид сбоку;
на фиг.3 изображен в увеличенном масштабе фрагмент гидромотора в разрезе, вид сверху;
на фиг.4 схематично изображено положение двух цилиндров относительно корпуса в начале рабочего хода поршней;
на фиг.5 схематично изображено положение двух цилиндров относительно корпуса в начале процесса сброса жидкости.
Многорядный радиально-поршневой гидромотор содержит неподвижный корпус 1 и два блока 2 цилиндров 3, расположенных снаружи корпуса 1 в два ряда. Блоки 2 цилиндров 3 установлены соосно с возможностью вращения относительно корпуса 1 в разные стороны и связаны между собой и с выходным валом 4 посредством зубчатого механизма 5. На каждой из двух торцевых плоскостей корпуса 1, перпендикулярных оси вращения блоков 2 цилиндров 3, выполнены профилированные направляющие в виде замкнутой канавки 6.
В каждом из цилиндров 3 установлен поршень 7, при этом в поршневой полости цилиндра выполнены окна 8 сброса жидкости. Шток каждого поршня 7 выполнен в виде траверсы 9, установленной в прямолинейной направляющей 10 блока 2 цилиндров 3. Каждая траверса 9 снабжена опорным катком 11, расположенным в канавке 6. Траверсы 9 поршней 3 одного ряда посредством опорных катков 11 контактируют с канавкой 6, выполненной на одной из торцевых плоскостей неподвижного корпуса 1, а траверсы 9 поршней 3 другого ряда - с канавкой 6, выполненной на другой торцевой плоскости неподвижного корпуса 1. Поршень 7 преимущественно выполнен с отверстиями, перекрываемыми клапаном 12 сброса жидкости, который соединен с тягой 13, телескопически установленной относительно траверсы 9. Тяга 13 посредством закрепленного на ее конце стержня 14 взаимодействует с кулачком 15, расположенным на неподвижном корпусе 1.
Каждый блок 2 цилиндров 3 связан с нагнетающей магистралью 16 посредством клапанов 17 подачи жидкости. Механизм (условно не показан) открытия клапанов 17, устроен так, что открытыми будут клапаны 17 тех цилиндров 3, в которых должен протекать такт «рабочий ход». В штоковой полости каждого цилиндра 3 установлен атмосферный клапан 18.
Каждый цилиндр 3 снабжен криволинейным патрубком 19 для направления сбрасываемой жидкости в направлении, противоположном направлению вращения этого цилиндра.
Многорядный радиально-поршневой гидромотор работает следующим образом.
Жидкость под давлением поступает из нагнетающей магистрали 16 в полость блока 2 цилиндров 3, откуда через открытый клапан 17 попадает в штоковую полость цилиндра 3. Под давлением жидкости поршни 7 перемещаются в направлении от центра вращения и тянут траверсы 9, которые посредством катков 11 воздействуют на стенки канавки 6 (фиг.4). Канавка 6 наклонена к направлению движения траверсы 9, вследствие чего возникает сила, боковая составляющая которой передается на направляющую 10 блока 2 цилиндров 3. В результате блок цилиндров приводится во вращение. При этом на жидкость действует центробежная сила, способствующая увеличению давления на поршни. На этом этапе силой давления жидкости закрыты атмосферный клапан 18 и клапан 12 сброса жидкости поршня 7. Когда поршень 7 доходит до окон 8 сброса жидкости, клапан 17 закрывается и жидкость начинает покидать рабочий цилиндр (фиг.5). В этот же момент стержень 14 тяги 13 набегает на кулачок 15 и клапан 12 сброса жидкости отходит от поршня 7, открывая выполненные в нем отверстия для организации еще одного пути сброса жидкости из цилиндра. В таком положении относительно поршня 7 клапан 12 сброса жидкости остается до возврата катков 11 на минимальный радиус. При сбросе жидкости атмосферный клапан 18 открывается, устраняя разряжение в цилиндре и обеспечивая возврат поршня в свободном от жидкости цилиндре. Кроме того, атмосферный клапан 18 срабатывает и в том случае, если клапан 17 перекрывает подачу жидкости до того, как поршни 7 дойдут до окон 8 сброса жидкости.
В процессе сброса жидкость, покидая цилиндр 3, попадает в криволинейный патрубок 19, который направляет ее в сторону, противоположную направлению движения цилиндра. При этом возникает дополнительный крутящий момент за счет реактивных сил.
Описанный выше процесс происходит в каждом цилиндре двух блоков цилиндров, которые при работе вращаются в разные стороны. Крутящие моменты двух блоков гидромотора суммируются зубчатым механизмом, который может быть выполнен, например, в виде дифференциального зубчатого механизма.
Описанный выше многорядный радиально-поршневой гидромотор обладает повышенной эффективностью как за счет использования действующих на жидкость при рабочем ходе центробежных сил, так и за счет существенного снижения сопротивления обратному движению поршня вследствие его перемещения в свободной от жидкости полости цилиндра.
Вследствие того, что при работе данного гидромотора на траверсу действуют растягивающие, а не сжимающие усилия, она может быть выполнена любой длины, следовательно, ход поршня также может быть значительно увеличен.
Кроме того, в данном гидромоторе в качестве подающего канала использован пустотелый корпус, диаметр которого может значительно превышать диаметры каналов в известных гидромоторах, что позволяет существенно увеличить подачу рабочей жидкости и площадь рабочих поршней. Эта особенность описанного гидромотора обеспечивает возможность его работы при невысоком давлении (при достаточном объеме подачи), т.е. данный гидромотор может использоваться в более широком диапазоне давлений рабочей жидкости. При этом не требуется высокой точности изготовления деталей гидромотора, поскольку уплотнение подвижных сочленений может быть обеспечено манжетами, а не за счет обеспечения точности прилегания сопряженных поверхностей, как в известных гидромоторах.
1. Многорядный радиально-поршневой гидромотор, содержащий неподвижный корпус с профилированной направляющей, блок цилиндров, установленный с возможностью вращения относительно корпуса, поршни, установленные в два ряда в цилиндрах блока цилиндров, траверсы, размещенные в прямолинейных направляющих блока цилиндров, каждая из которых одним концом связана с соответствующим поршнем, а другим - с опорным катком, контактирующим с профилированной направляющей, отличающийся тем, что блок цилиндров расположен снаружи неподвижного корпуса и разделен на две части, в каждой из которых установлены поршни одного ряда, корпус снабжен второй профилированной направляющей, каждая из которых выполнена в виде замкнутой канавки на плоскости корпуса, перпендикулярной оси вращения блоков цилиндров, а опорные катки расположены в этих канавках, причем траверсы поршней одного ряда посредством опорных катков контактируют с одной профилированной направляющей, а траверсы поршней другого ряда - с другой профилированной направляющей, при этом цилиндры в поршневой полости снабжены окнами сброса жидкости, а штоковая полость цилиндров посредством клапанов подачи жидкости связана с нагнетающей магистралью, а части блока цилиндров установлены соосно с возможностью вращения в разные стороны и связаны между собой и с выходным валом посредством зубчатого механизма.
2. Многорядный радиально-поршневой гидромотор по п.1, отличающийся тем, что в штоковой полости каждого цилиндра установлен атмосферный клапан.
3. Многорядный радиально-поршневой гидромотор по п.1, отличающийся тем, что каждый цилиндр снабжен криволинейным патрубком для направления сбрасываемой жидкости в направлении, противоположном направлению вращения этого цилиндра.
4. Многорядный радиально-поршневой гидромотор по п.1, отличающийся тем, что каждый поршень выполнен с отверстиями и снабжен клапаном сброса жидкости, который соединен с тягой, телескопически установленной относительно траверсы и взаимодействующей с кулачком, расположенным на неподвижном корпусе.
